Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów

Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów

W fizyce zimnych atomów wiele prac eksperymentalnych wymaga kontrolowania cząstek (uwięzienia atomów jonowych, takich jak zegary atomowe), spowalniania ich i poprawy dokładności pomiaru. Wraz z rozwojem technologii laserowej chłodzenie laserowe zaczęło być również szeroko stosowane w zimnych atomach.

W skali atomowej istotą temperatury jest prędkość, z jaką poruszają się cząsteczki. Chłodzenie laserowe polega na wykorzystaniu fotonów i atomów do wymiany pędu, a tym samym schłodzeniu atomów. Na przykład, jeśli atom ma prędkość do przodu, a następnie pochłania lecący foton poruszający się w przeciwnym kierunku, jego prędkość zwolni. Jest to jak piłka tocząca się do przodu po trawie, jeśli nie jest popychana przez inne siły, zatrzyma się z powodu „oporu” wywołanego kontaktem z trawą.

To jest laserowe chłodzenie atomów, a proces ten jest cykliczny. I to właśnie z powodu tego cyklu atomy wciąż się ochładzają.

W tym przypadku najprostszym sposobem chłodzenia jest wykorzystanie efektu Dopplera.

Jednakże nie wszystkie atomy mogą być chłodzone laserami, a aby to osiągnąć, należy znaleźć „przejście cykliczne” między poziomami atomowymi. Tylko poprzez przejścia cykliczne można osiągnąć chłodzenie i kontynuować je w sposób ciągły.

Obecnie, ponieważ atom metalu alkalicznego (takiego jak Na) ma tylko jeden elektron w warstwie zewnętrznej, a dwa elektrony w najbardziej zewnętrznej warstwie grupy metali ziem alkalicznych (takiej jak Sr) można również traktować jako całość, poziomy energetyczne tych dwóch atomów są bardzo proste i łatwo jest osiągnąć „przejście cykliczne”, więc atomy, które są obecnie chłodzone przez ludzi, są w większości prostymi atomami metali alkalicznych lub atomami metali ziem alkalicznych.

Zasada chłodzenia laserowego i jej zastosowanie do zimnych atomów